JPH10287418A - Production of synthetic quartz powder containing aluminum - Google Patents

Production of synthetic quartz powder containing aluminum

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JPH10287418A
JPH10287418A JP9699097A JP9699097A JPH10287418A JP H10287418 A JPH10287418 A JP H10287418A JP 9699097 A JP9699097 A JP 9699097A JP 9699097 A JP9699097 A JP 9699097A JP H10287418 A JPH10287418 A JP H10287418A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a good synthetic quartz powder containing aluminum hardly foaming when melted. SOLUTION: This method for producing a synthetic quartz powder containing aluminum by adding an aluminum compound to a silicon alkoxide, adding water thereto to hydrolyze the silicon alkoxide with added aluminum compound and to form a gel, and further pulverizing, drying and firing the obtained gel comprises using a chelate compound of aluminum (preferably aluminum acetylacetonate) as the aluminum compound, allowing the mixture after adding the aluminum chelate compound to the silicon alkoxide to stand for >=5 hr, and thereafter adding water to start the hydrolysis reaction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体分野、特に
1000℃以上の高温度領域で使用される半導体製造用
石英ガラス用、或いは光ファイバー等の製造時に高温処
理されるプロセスを有する光学用の合成石英粉末、石英
ガラス製品に関するものである。近年、半導体産業分野
に使用される石英ガラス製品については、その純度に関
し非常に厳しい管理が行われている。この様な高純度の
ガラスを得るに際し、従来天然石英を精製、粉砕して得
た天然石英粉を溶融することにより製造されていたが、
半導体の高集積化、歩留まりの向上の要求が厳しくなる
につれ、精製技術についてもコストの高いものが要求さ
れるようになってきている。一方これとは別に、高純度
の石英ガラスを得る方法として、四塩化珪素を原料とし
た気相法によるものがあるが、多くのエネルギーを要
し、効率が悪いという欠点を有している。これらの問題
点を解決する方法として、例えばシリコンアルコキシド
等の有機珪素化合物を原料として液相反応によりシリカ
ゲルとし、更に乾燥、粉砕、焼成等の工程を経てガラス
とする、いわゆるゾルゲル法により合成石英粉末を得、
これを溶融成形して石英ガラス製品とする方法がある。
ゾルゲル法は液相反応であるため低エネルギー・高効率
で生産が可能である上、充分に精製した原料を用いるこ
とにより、ある程度は純度の高い石英ガラスとすること
ができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the synthesis of quartz glass for semiconductors used in a high temperature region of 1000 ° C. or more, particularly for the semiconductor field, or for optics having a process which is subjected to a high temperature treatment when manufacturing optical fibers and the like. It relates to quartz powder and quartz glass products. In recent years, quartz glass products used in the semiconductor industry have been very strictly controlled with respect to their purity. In order to obtain such high-purity glass, it was conventionally produced by refining natural quartz and melting natural quartz powder obtained by grinding.
As the demand for higher integration and higher yield of semiconductors becomes more stringent, higher cost purification technology is required. On the other hand, as another method for obtaining high-purity quartz glass, there is a method using a gas phase method using silicon tetrachloride as a raw material, but it has a disadvantage that it requires a lot of energy and is inefficient. As a method for solving these problems, for example, a synthetic quartz powder is formed by a so-called sol-gel method by using an organosilicon compound such as silicon alkoxide as a raw material to form silica gel by a liquid phase reaction, and further drying, pulverizing, and firing to obtain glass. Get
There is a method in which this is melt-molded into a quartz glass product.
Since the sol-gel method is a liquid phase reaction, it can be produced with low energy and high efficiency. In addition, by using a sufficiently purified raw material, it is possible to obtain quartz glass having a certain degree of purity.

【0002】しかしながら、ゾルゲル法で得た合成石英
粉を溶融成形して得られた石英ガラス製品は、天然石英
粉を原料としたものと比較して高温粘性が低いため単独
で高温用途に用いられる例は少なく、例えば、外側を天
然石英、内側を合成石英とした2重構造のルツボを作製
し、高温強度を確保する工夫がなされている(特開平3
−40989号公報)。また、合成石英ガラス自体の高
温粘性を向上させる手法として、ガラス中にアルミニウ
ムを微量添加する方法が知られている(特開昭61−2
36619号公報、特開平3−45530号公報)。ア
ルミニウム添加による高温粘性向上のメカニズムの詳細
は未だ判明してはいないが、(1)Na、K、OH等
の、ガラス修飾酸化物(末端基)として存在し、高温粘
性を低下させるようなイオンをトラップさせる、(2)
高融点のアルミナがガラスの粘性流動を阻害する、等の
説が有力である。
However, quartz glass products obtained by melt-molding synthetic quartz powder obtained by the sol-gel method have a lower high-temperature viscosity than those made from natural quartz powder, so that they can be used alone for high-temperature applications. There are few examples. For example, a double-structure crucible using natural quartz on the outside and synthetic quartz on the inside has been manufactured to ensure high-temperature strength.
40989). As a technique for improving the high-temperature viscosity of synthetic quartz glass itself, a method of adding a small amount of aluminum to glass is known (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-2 / 1986).
36619, JP-A-3-45530). The details of the mechanism of improving the high-temperature viscosity by adding aluminum have not been elucidated yet, but (1) ions such as Na, K, and OH which exist as glass-modified oxides (terminal groups) and lower the high-temperature viscosity. (2)
The prevailing theory is that high-melting alumina inhibits viscous flow of glass.

【0003】[0003]

【発明の解決しようとする課題】アルミニウムの添加時
期としては、ガラス中に分子レベルで均一に分散させる
ためには、加水分解時が好ましいと考えられ、実際、上
記の各公知技術ではアルミニウムのアルコキシドを珪素
アルコキシドの加水分解液に添加している。しかしなが
ら、アルミニウムと珪素のアルコキシドでは、その加水
分解速度に著しい差があり(アルミニウムアルコキシド
の方が極めて速い)、その取り扱い、反応条件等に非常
に注意を要する。2種類以上のアルコキシドを同時に加
水分解し、均一に相互分散させるには、極力、その加水
分解速度差を近づけてやることが好ましいと考えられ、
アルミニウム源としてはキレート化合物、特にアルミニ
ウムアセチルアセトナートが、最も加水分解安定性が高
く、好適に使用できると考えられる。実際、本発明者ら
はテトラメトキシシランにアルミニウムアセチルアセト
ナートをAlの対SiO2換算で5ppm溶解させた系
で加水分解反応を行い、ゲル化、粉砕、乾燥、分級によ
り、100〜500μmの粒度分布のシリカゲル粉末を
得、これを加熱無孔化してガラス化し、アルミニウム含
有合成石英粉末を得た。しかしながら、得られたアルミ
ニウム含有合成石英粉末においては、アルミニウムは、
ほぼ仕込み組成でドープされていることが本発明者らに
より確認できたが、このアルミニウム含有合成石英粉末
の一部には黒色化した粒子が観察され、酸水素炎(ベル
ヌイ法)により溶融したところ、出来上がったインゴッ
ト中に多くの泡が存在する問題が生じた。
It is considered that the addition of aluminum is preferably carried out at the time of hydrolysis in order to uniformly disperse it at the molecular level in glass. In fact, in the above-mentioned known techniques, aluminum alkoxide is added. Is added to the hydrolyzed solution of silicon alkoxide. However, alkoxides of aluminum and silicon have a remarkable difference in the rate of hydrolysis (aluminum alkoxide is much faster), and its handling, reaction conditions, and the like require great care. In order to simultaneously hydrolyze two or more alkoxides and uniformly disperse them, it is considered preferable to make the difference in the hydrolysis rate as close as possible.
As the aluminum source, a chelate compound, particularly aluminum acetylacetonate, is considered to have the highest hydrolysis stability and can be suitably used. In fact, the present inventors carried out a hydrolysis reaction in a system in which aluminum acetylacetonate was dissolved in tetramethoxysilane at a concentration of 5 ppm of Al in terms of SiO 2 , and gelation, pulverization, drying and classification resulted in a particle size of 100 to 500 μm A silica gel powder having a distribution was obtained, which was made nonporous by heating and vitrified to obtain an aluminum-containing synthetic quartz powder. However, in the obtained aluminum-containing synthetic quartz powder, aluminum is
The present inventors confirmed that the doping was substantially performed with the charged composition, but blackened particles were observed in a part of the aluminum-containing synthetic quartz powder, and the particles were melted by an oxyhydrogen flame (Bernui method). However, there was a problem that many bubbles were present in the finished ingot.

【0004】[0004]

【問題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
を重ねた結果、シリコンアルコキシドにアルミニウムの
キレート化合物を添加した後、直ちに加水分解反応させ
ずに5時間以上、好ましくは10時間以上放置してから
加水分解反応を開始することにより、最終的に得られた
合成石英粉末中には黒色異物の発生もなく、これを溶融
成形した際に発泡の無い透明な石英ガラス体を製造でき
るという意外な知見を得、本発明に到達した。すなわ
ち、本発明は、シリコンアルコキシドにアルミニウム化
合物を添加し、ついで水を添加して加水分解、ゲル化、
粉砕、乾燥、焼成してアルミニウム含有合成石英粉末を
製造するに際し、アルミニウム化合物としてアルミニウ
ムのキレート化合物を使用し、シリコンアルコキシドに
アルミニウムのキレート化合物を添加してから5時間以
上放置した後に、水を添加して加水分解反応を開始する
ことを特徴とするアルミニウム含有合成石英粉末の製造
方法等に存する。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies, the present inventors have found that after adding a chelating compound of aluminum to silicon alkoxide, the hydrolysis reaction is immediately carried out for 5 hours or more, preferably 10 hours or more, without a hydrolysis reaction. By starting the hydrolysis reaction after standing, no black foreign matter is generated in the finally obtained synthetic quartz powder, and a transparent quartz glass body without foaming when this is melt-molded can be manufactured. The present inventors have arrived at the present invention. That is, the present invention is to add an aluminum compound to silicon alkoxide, then add water to hydrolyze, gel,
In producing aluminum-containing synthetic quartz powder by pulverization, drying, and firing, an aluminum chelate compound is used as an aluminum compound. After the aluminum chelate compound is added to the silicon alkoxide, the mixture is left for at least 5 hours, and then water is added. And initiating a hydrolysis reaction to produce a synthetic quartz powder containing aluminum.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
原料として用いられるシリコンアルコキシドとしては、
特に限定されるものではないが、得られる合成石英粉末
へのカーボンの残存を容易に防止できる点から珪素に結
合している基の全てが加水分解可能な基であるものが好
ましく、特に塩素等の残存も防止できる点からテトラア
ルコキシシランが特に好ましい。特に価格の安価な点か
らはテトラメトキシシランが望ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
As silicon alkoxide used as a raw material,
Although not particularly limited, it is preferable that all of the groups bonded to silicon are hydrolyzable groups from the viewpoint that carbon remaining in the obtained synthetic quartz powder can be easily prevented, and in particular, chlorine and the like are preferable. Tetraalkoxysilanes are particularly preferred in that they can also prevent the remaining of the compounds. Particularly, tetramethoxysilane is desirable from the viewpoint of low cost.

【0006】本発明では、アルミニウム源としてアルミ
ニウムのキレート化合物を用いることを特徴とする。ア
ルミニウムのキレート化合物であれば特に限定されず、
例えばアルミニウムトリス(エチルアセトナート)、ア
ルミニウムモノアセチルアセトナートビス(エチルアセ
トアセテート)、アルミニウムトリス(アセチルアセト
ナート)(アルミニウムアセチルアセトナートともい
う)が挙げられる。その中でも特に、シリコンアルコキ
シドと加水分解速度が近く、相溶性も高いことからアル
ミニウムアセチルアセトナートが好適に用いられる。こ
の、アルミニウムキレート化合物を、最終ガラス製品中
に上記濃度となるよう、シリコンアルコキシドに添加す
るのであるが、目標濃度が低いため、予めAl濃度が対
SiO2ベースで60〜1500ppm、好ましくは8
0〜1200ppm程度の濃厚溶液を調整し、これを後
述するように放置した後、シリコンアルコキシドを追加
して使用する方がAl濃度調整の精度がよく、また効率
的である。
The present invention is characterized in that a chelate compound of aluminum is used as an aluminum source. It is not particularly limited as long as it is a chelate compound of aluminum,
For example, aluminum tris (ethylacetonate), aluminum monoacetylacetonate bis (ethylacetoacetate), and aluminum tris (acetylacetonate) (also referred to as aluminum acetylacetonate) can be given. Among them, aluminum acetylacetonate is particularly preferably used because of its close hydrolysis rate and high compatibility with silicon alkoxide. This aluminum chelate compound is added to the silicon alkoxide so as to have the above concentration in the final glass product. However, since the target concentration is low, the Al concentration is 60 to 1500 ppm, preferably 8 ppm, based on SiO 2 in advance.
It is more efficient and more efficient to adjust the concentration of Al by adjusting a concentrated solution of about 0 to 1200 ppm, leaving it to stand as described later, and then adding and using silicon alkoxide.

【0007】最終ガラス製品の高温粘性を向上させるた
めのアルミニウム添加量としては、対SiO2ベースで
1〜50ppm程度あれば十分であり、これ以上添加さ
れても高温粘性向上の効果はほとんど変わらず、また、
半導体に対して不純物となるアルミニウム濃度が、あま
り高くなることは好ましくない。一方、上記範囲よりア
ルミニウム添加量が少ないと、1000℃以上の高温使
用に十分耐え得るだけの粘性向上効果が期待できない。
The amount of aluminum added for improving the high-temperature viscosity of the final glass product is sufficient if it is about 1 to 50 ppm based on SiO 2 , and the effect of improving the high-temperature viscosity hardly changes even if it is added more. ,Also,
It is not preferable that the concentration of aluminum, which is an impurity for the semiconductor, becomes too high. On the other hand, if the added amount of aluminum is less than the above range, the effect of improving the viscosity that can sufficiently withstand use at a high temperature of 1000 ° C. or higher cannot be expected.

【0008】さて、このアルミニウムキレート化合物を
シリコンアルコキシド中に添加した後、すぐに加水分解
反応を開始すると、ゲル化、粉砕、乾燥後に得られた乾
燥ゲルは、通常のテトラアルコキシシランのみで反応し
て得られたゲルと比較して、比表面積が小さく、焼成時
に未燃カーボンに由来する黒色異物が発生し、溶融した
際に発泡の多いものとなることが本発明者らにより見出
された。これを回避するため、本発明では以下に述べる
ようにアルミニウム化合物を添加したシリコンアルコキ
シドを5時間以上、好ましくは10時間以上放置する。
When the hydrolysis reaction is started immediately after the addition of the aluminum chelate compound to the silicon alkoxide, the dried gel obtained after gelling, pulverizing and drying reacts only with ordinary tetraalkoxysilane. The present inventors have found that the specific surface area is smaller than that of the gel obtained in the above, black foreign matter derived from unburned carbon is generated during firing, and foaming is increased when the gel is melted. . In order to avoid this, in the present invention, a silicon alkoxide to which an aluminum compound is added is left for 5 hours or more, preferably 10 hours or more, as described below.

【0009】放置時には、単に放置するのみではなく混
合、攪拌、加熱等を行ってもよいが、一般にアルミニウ
ムキレート化合物のシリコンアルコキシドへの溶解度は
大きく、添加すればすみやかに溶解し、添加後単に放置
すれば本発明の効果は十分である。すなわち如何なる機
構によるものかは不明であるが、意外にも添加後5時間
以上加水分解に要する水を添加せずにおくという簡単な
要件を満たすことにより、得られる石英粉末の黒色異物
発生が抑えられ、これを溶融してなる成形体の泡の発生
が抑えられるのである。
At the time of standing, mixing, stirring, heating, etc. may be performed instead of simply standing, but generally the solubility of the aluminum chelate compound in the silicon alkoxide is large, and the aluminum chelate compound dissolves promptly when added, and is simply left standing after the addition. Then, the effect of the present invention is sufficient. In other words, it is not clear what mechanism is used, but surprisingly, by satisfying the simple requirement of not adding water required for hydrolysis for 5 hours or more after the addition, it is possible to suppress the generation of black foreign matter in the obtained quartz powder. This suppresses the generation of bubbles in the molded product obtained by melting the same.

【0010】このように、特定時間放置したシリコンア
ルコキシド中の対SiO2ベースのAl濃度が最終ガラ
ス製品の目標濃度を超えている場合は、最終的なAlの
対SiO2濃度、好ましくは1〜50ppmとなるよう
にシリコンアルコキシドを追加してAl濃度を希釈して
から水を加えて加水分解反応を開始する。このシリコン
アルコキシドでの希釈後は、直ちに加水分解反応を開始
させても本発明の効果は妨げられない。なお、加える水
の量としては、通常、反応に必要な1倍当量以上10倍
当量以下である。また、加水分解時に必要に応じてアル
コキシドと水双方に相溶性のあるアルコール類や、エー
テル類、ケトン類等の有機溶媒を混合しても良い。アル
コールとしては、メタノール、エタノール、プロパノー
ル等が、エーテル類としてはジエチルエーテル等が、ケ
トン類としてはアセトン等が挙げられる。
Thus, when the Al concentration based on SiO 2 in the silicon alkoxide left for a specific time exceeds the target concentration of the final glass product, the final Al to SiO 2 concentration, preferably 1 to 1, The Al concentration is diluted by adding silicon alkoxide to 50 ppm, and then water is added to start the hydrolysis reaction. After the dilution with the silicon alkoxide, the effect of the present invention is not hindered even if the hydrolysis reaction is started immediately. The amount of water to be added is usually 1 equivalent to 10 equivalents required for the reaction. Further, an organic solvent such as alcohols, ethers, and ketones compatible with both the alkoxide and water may be mixed as needed during the hydrolysis. Examples of the alcohol include methanol, ethanol, and propanol, ethers include diethyl ether, and ketones include acetone.

【0011】但し、加水分解反応の進行につれてアルコ
キシドに結合していたアルコキシ基がアルコールとして
遊離するため、ゲル化する以前に反応液が均一な状態と
なる場合、すなわち、加水分解速度の大きいアルコキシ
基(例えばメトキシ基)を有するような原料の場合、ア
ルコールの添加を行わなくとも実際上支障無く運転でき
る。なお、これらの原料液は、当然ながら全て高純度と
する。
However, since the alkoxy group bonded to the alkoxide is liberated as alcohol as the hydrolysis reaction proceeds, if the reaction solution becomes uniform before gelation, that is, the alkoxy group having a high hydrolysis rate In the case of a raw material having a methoxy group (for example, a methoxy group), the operation can be practically performed without adding an alcohol. It should be noted that all of these raw material liquids are of high purity.

【0012】加水分解反応は、アルコキシドと水との均
一溶液が形成された時点以降にほぼ終了する。次いで均
一相になった後は、溶液がゲル化するまで静置すればよ
い。加水分解反応及びゲル化の条件は用いられる原料に
よって異なるが、通常20〜80℃の温度下、常圧の圧
力条件下で20分〜10時間程度である。加水分解物を
ゲル化させるには、加熱すれば直ちにゲルを得ることが
出来るが、常温で放置しても数時間でゲル化するので、
加熱の温度を調節することによって、ゲル化時間を調整
することが出来る。このようにして得られたゲルは、通
常水分を70重量%以上含有するウエットゲルである。
[0012] The hydrolysis reaction is substantially completed after the formation of a homogeneous solution of the alkoxide and water. Next, after a homogeneous phase is formed, the solution may be allowed to stand until the solution gels. The conditions of the hydrolysis reaction and the gelation vary depending on the raw materials used, but are usually about 20 minutes to 10 hours under a normal pressure at a temperature of 20 to 80 ° C. In order to gel the hydrolyzate, a gel can be obtained immediately by heating, but it gels in a few hours even if left at room temperature,
By adjusting the heating temperature, the gelation time can be adjusted. The gel thus obtained is a wet gel containing usually 70% by weight or more of water.

【0013】得られたウエットゲルは、粉砕により任意
の粒度に調整される。この時、目的とする最終製品の粒
度分布を得るため、乾燥、焼成による収縮分を考慮して
ウエットゲルの最適粒度を決めればよい。通常は、最終
製品として50〜1000μmの範囲の粒度に調整され
る。
The obtained wet gel is adjusted to an arbitrary particle size by pulverization. At this time, in order to obtain the target particle size distribution of the final product, the optimum particle size of the wet gel may be determined in consideration of the shrinkage due to drying and baking. Usually, the final product is adjusted to a particle size in the range of 50 to 1000 μm.

【0014】粉砕されたウエットゲルは、乾燥後、焼成
して合成石英粉末とする。ここで、乾燥は、通常50〜
200℃の温度で実施され、ウエットゲル中の遊離水及
び遊離メタノールを除去し、ドライゲルとする。得られ
たドライゲルは、最終的に1000〜1300℃の温度
で無孔化させる。ここで、ドライゲル中に残存している
カーボン成分(大部分がアルコキシ基)を、ゲルの無孔
化が進行する前に充分に除去してやる事が、得られた合
成石英粉末溶融時の発泡を抑制するために重要であり、
このため、酸素含有雰囲気中で、特にアルコキシ基の脱
離温度である300〜600℃の温度領域に於いて、昇
温勾配を緩やかにしたり、保持を設けたりする工夫を行
うことが効果的である。一方、最終的に得られる合成石
英粉末の用途が1000℃以上の高温領域で使用される
石英ガラス部材である場合は、焼成後のシラノール基残
存量が低い方が高温粘性が高いので好ましく、通常、残
存シラノール濃度としては、100ppm以下、好まし
くは60ppm以下のものが好ましい。シラノール濃度
を効率的に下げるには、雰囲気ガスの露点は低い方が良
く、露点−20℃以下、好ましくは−40℃以下である
ことが好ましい。焼成最高温度としては、高い方がシラ
ノールの拡散速度が速くなるため、より短時間で目的の
シラノール濃度のものを得ることが出来るが、粒子同士
の焼結、焼成容器の耐熱性の問題等から、通常1000
〜1300℃の範囲で実施される。
The pulverized wet gel is dried and calcined to obtain a synthetic quartz powder. Here, drying is usually 50 to
It is carried out at a temperature of 200 ° C. to remove free water and free methanol in the wet gel to obtain a dry gel. The obtained dry gel is finally made nonporous at a temperature of 1000 to 1300 ° C. Here, the carbon components (mostly alkoxy groups) remaining in the dry gel are sufficiently removed before the gel becomes nonporous, thereby suppressing foaming during melting of the obtained synthetic quartz powder. Is important to
For this reason, in the oxygen-containing atmosphere, especially in the temperature range of 300 to 600 ° C., which is the desorption temperature of the alkoxy group, it is effective to devise a method of making the temperature rising gradient gentle or providing a hold. is there. On the other hand, when the use of the synthetic quartz powder finally obtained is a quartz glass member used in a high-temperature region of 1000 ° C. or higher, it is preferable that the residual amount of the silanol group after sintering is low because the high-temperature viscosity is high. The residual silanol concentration is preferably 100 ppm or less, more preferably 60 ppm or less. In order to lower the silanol concentration efficiently, the dew point of the atmosphere gas is preferably low, and the dew point is preferably -20 ° C or lower, more preferably -40 ° C or lower. As the maximum firing temperature, the higher the temperature, the higher the diffusion rate of the silanol, so that the target silanol concentration can be obtained in a shorter time.However, sintering of particles, heat resistance of the firing vessel, etc. , Usually 1000
It is carried out in the range of 11300 ° C.

【0015】この様にして得られたアルミニウム含有合
成石英粉末を用いて溶融成形して石英ガラス成形体とし
て各種のガラス部材することにより、溶融成形時に発泡
を生じることもなく、透明な石英ガラス部材を得ること
ができ、その耐熱性についても、従来のアルミニウム無
添加合成石英ガラス部材と比較して高いものを得ること
ができる。
By using the aluminum-containing synthetic quartz powder obtained in this way to melt-mold and form various glass members as quartz glass molded bodies, a transparent quartz glass member can be produced without foaming during melt molding. And a heat resistance higher than that of a conventional synthetic quartz glass member without aluminum addition can be obtained.

【0016】以下、本発明を実施例により更に詳細に説
明する。 (実施例1)アルミニウムアセチルアセトナート粉末:
12.0gをテトラメトキシシラン:1000gに添加
し、1リットルのポリ容器にいれ、密栓状態で24時
間、室温で放置した(これを溶液Aと称す)。次に、5
リットルのジャケット付きセパラブルフラスコ中に、テ
トラメトキシシラン:2000gと、24時間放置した
溶液A:4gを仕込み、攪拌しながら水:1184gを
添加して加水分解反応を開始させた。なお、この反応時
のジャケット温度は50℃とした。最初はエマルジョン
状態で溶液は白濁していたが、約20分後に透明均一相
となった。更に3分後、反応容器下部より反応液を5リ
ットルポリ容器に移し変えて、静置・ゲル化させた。ゲ
ル化したものを、開口径900μmのナイロン網を通過
させながら粉砕し、200℃で10時間真空乾燥を行
い、ドライゲル粉末とし、100〜500μmの範囲に
分級を行った。このドライゲル粉末の比表面積を窒素吸
着法により測定したところ、688m2/gであった。
その後、このドライゲル粉末を2リットルの角型石英ガ
ラス容器に入れ、電気炉にセットした。仕込み粉体表面
には露点−40℃の脱湿空気を流通させながら、500
℃まで2時間で昇温、500℃で10時間保持、120
0℃まで4時間で昇温、1200℃で40時間して焼成
を行った。焼成後に得られたAl含有合成石英粉末中に
は、特に黒色異物は認められなかった。また、分析の結
果、粉体中のアルミニウム含有量は4.8ppm(目標
濃度は5ppmとなるよう作製)と、ほぼ計算値通りに
アルミニウムがドープされていることが確認された。更
に、得られた焼成粉末を酸水素炎溶融法(ベルヌイ法)
により、15mmφ×50mmLのインゴットを作製し
たところ、泡のない無色透明なものが得られた。
Now, the present invention will be described in further detail with reference to Examples. (Example 1) Aluminum acetylacetonate powder:
12.0 g was added to 1000 g of tetramethoxysilane, put in a 1-liter plastic container, and allowed to stand at room temperature for 24 hours in a tightly sealed state (this is referred to as solution A). Next, 5
Into a liter separable flask with a jacket, 2,000 g of tetramethoxysilane and 4 g of solution A left for 24 hours were charged, and 1184 g of water was added with stirring to start a hydrolysis reaction. The jacket temperature during this reaction was 50 ° C. At first, the solution was cloudy in an emulsion state, but became a transparent homogeneous phase after about 20 minutes. After a further 3 minutes, the reaction solution was transferred from the lower part of the reaction container to a 5-liter plastic container and allowed to stand and gel. The gelled product was pulverized while passing through a nylon net having an opening diameter of 900 μm, vacuum dried at 200 ° C. for 10 hours to obtain a dry gel powder, and classified into a range of 100 to 500 μm. When the specific surface area of this dry gel powder was measured by a nitrogen adsorption method, it was 688 m 2 / g.
Thereafter, the dry gel powder was placed in a 2 liter square quartz glass container and set in an electric furnace. While flowing dehumidified air with a dew point of -40 ° C over the surface of the charged powder, 500
Temperature in 2 hours, hold at 500 ° C for 10 hours, 120
The temperature was raised to 0 ° C. in 4 hours and baked at 1200 ° C. for 40 hours. No black foreign matter was found in the Al-containing synthetic quartz powder obtained after firing. As a result of the analysis, it was confirmed that the aluminum content in the powder was 4.8 ppm (manufactured so that the target concentration was 5 ppm), and that aluminum was doped substantially as calculated. Further, the obtained calcined powder is fused with an oxyhydrogen flame (Bernui method).
As a result, an ingot having a size of 15 mmφ × 50 mmL was produced, and a colorless and transparent foam-free product was obtained.

【0017】(実施例2)アルミニウムアセチルアセト
ナート粉末:12.0gをテトラメトキシシラン:10
00gに添加し、これを1リットルのポリ容器に入れ、
密栓状態で10時間、室温で放置した(これを溶液Bと
称す)。以降、実施例1の溶液Aの代わりに溶液Bを用
いて、実施例1と同様の方法で焼成まで実施し、アルミ
ニウム含有合成石英粉末を作製した。得られた焼成後の
粉末中には、特に黒色異物は認められなかった。一方、
途中段階で得られたドライゲル粉末の比表面積を測定し
たところ、515m2/gであった。また、分析の結
果、アルミニウム含有量は4.8ppm(目標濃度5p
pmで作製)であり、ほぼ、計算値通りにアルミニウム
がドープされていることが確認された。更に得られた焼
成粉末を酸水素炎溶融法(ベルヌイ法)により、15m
mφ×50mmLのインゴットを作製したところ、泡の
ない、無色透明のものが得られた。
Example 2 12.0 g of aluminum acetylacetonate powder was added to tetramethoxysilane: 10
00g, put this in a 1 liter plastic container,
The mixture was allowed to stand at room temperature for 10 hours in a sealed state (this is referred to as solution B). Thereafter, calcination was performed in the same manner as in Example 1 except that the solution B was used in place of the solution A of Example 1, thereby producing an aluminum-containing synthetic quartz powder. No black foreign matter was particularly found in the obtained fired powder. on the other hand,
When the specific surface area of the dry gel powder obtained in the middle stage was measured, it was 515 m 2 / g. As a result of the analysis, the aluminum content was 4.8 ppm (target concentration 5 p
pm), and it was confirmed that aluminum was doped substantially as calculated. Further, the calcined powder thus obtained was subjected to a 15 m
When an ingot of mφ × 50 mmL was produced, a colorless and transparent one without bubbles was obtained.

【0018】(比較例1)アルミニウムアセチルアセト
ナート粉末:12.0gをテトラメトキシシラン:10
00gに添加し、これを1リットルのポリ容器に移し、
密栓後、室温で2時間放置した(これを溶液Cと称
す)。以降、実施例1の溶液Aの代わりに溶液Cを用い
て、実施例1と同様の方法で焼成まで実施し、アルミニ
ウム含有合成石英粉末を作製した。得られた焼成粉末を
観察したところ、黒色異物が数個/50g程度の割合で
発生していた。一方、途中段階で得られたドライゲル粉
末の比表面積を測定したところ、320m2/gであっ
た。また、分析の結果、アルミニウム含有量は4.7p
pmと、ほぼ計算値通りにドープされていることが確認
された。更に、得られた焼成粉末を酸水素炎溶融法(ベ
ルヌイ法)により、15mmφ×50mmLのインゴッ
トを作製したところ、数十μから1mmφの泡が、多数
確認された。
(Comparative Example 1) Aluminum acetylacetonate powder: 12.0 g was added to tetramethoxysilane: 10
To a 1 liter plastic container,
After sealing, it was left at room temperature for 2 hours (this is referred to as solution C). Thereafter, calcination was carried out in the same manner as in Example 1 except that the solution C was used in place of the solution A of Example 1, to produce an aluminum-containing synthetic quartz powder. Observation of the obtained fired powder revealed that black foreign matter was generated at a rate of several particles / about 50 g. On the other hand, when the specific surface area of the dry gel powder obtained in the middle stage was measured, it was 320 m 2 / g. As a result of the analysis, the aluminum content was 4.7 p.
pm, and it was confirmed that the doping was performed almost as calculated. Further, when an ingot of 15 mmφ × 50 mmL was prepared from the obtained fired powder by an oxyhydrogen flame melting method (Bernui method), many bubbles of several tens μm to 1 mmφ were confirmed.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明により、溶融時に発泡の少ない、
良好なアルミニウム含有合成石英ガラス粉末を得ること
ができる。
According to the present invention, there is little foaming during melting,
A good aluminum-containing synthetic quartz glass powder can be obtained.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコンアルコキシドにアルミニウム化合
物を添加し、ついで水を添加して加水分解、ゲル化、粉
砕、乾燥、焼成してアルミニウム含有合成石英粉末を製
造するに際し、アルミニウム化合物としてアルミニウム
のキレート化合物を使用し、シリコンアルコキシドにア
ルミニウムのキレート化合物を添加してから5時間以上
放置した後に、水を添加して加水分解反応を開始するこ
とを特徴とするアルミニウム含有合成石英粉末の製造方
法。
An aluminum compound is added to a silicon alkoxide, and then water is added to hydrolyze, gel, pulverize, dry, and calcine to produce an aluminum-containing synthetic quartz powder. A method for producing an aluminum-containing synthetic quartz powder, comprising adding a chelating compound of aluminum to a silicon alkoxide, allowing the mixture to stand for 5 hours or more, and then adding water to start a hydrolysis reaction.
【請求項2】アルミニウムキレート化合物としてアルミ
ニウムアセチルアセトナートを用いることを特徴とする
請求項1記載のアルミニウム含有合成石英粉末の製造方
法。
2. The method for producing an aluminum-containing synthetic quartz powder according to claim 1, wherein aluminum acetylacetonate is used as the aluminum chelate compound.
【請求項3】シリコンアルコキシドにアルミニウムキレ
ート化合物をAlの濃度が対SiO 2ベースで60〜1
500ppmとなるよう添加し、5時間以上放置した後
にシリコンアルコキシドを追加してAl濃度が対SiO
2ベースで1〜50ppmとし、水を添加して加水分解
反応を開始することを特徴とする請求項1又は2記載の
アルミニウム含有合成石英粉末の製造方法。
3. A silicon alkoxide which is made of aluminum
When the concentration of Al to SiO 2 Two60-1 on base
After adding 500ppm and leaving it for more than 5 hours
Silicon alkoxide is added to the Al
TwoHydrolysis by adding water to 1 to 50 ppm in base
The reaction according to claim 1 or 2, wherein the reaction is started.
A method for producing an aluminum-containing synthetic quartz powder.
【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法
により得られたアルミニウム含有合成石英粉末を溶融成
形することを特徴とするアルミニウム含有合成石英ガラ
ス成形体の製造方法。
4. A method for producing an aluminum-containing synthetic quartz glass compact, comprising melt-molding the aluminum-containing synthetic quartz powder obtained by the production method according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115771909A (en) * 2022-10-21 2023-03-10 扬州中天利新材料股份有限公司 Method for coproducing hexanol and pseudo-boehmite

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